維氏硬度計原理
采用正四棱錐體金剛石壓頭,在試驗力作用下壓入試樣表面,保持規(guī)定時間后,卸除試驗力,測量試樣表面壓痕對角線長度,見圖3-1。
圖3-1維氏硬度試驗原理圖
試驗力除以壓痕表面積的商就是維氏硬度值。維氏硬度值按式(3-1)計算:
HV = 常數(shù)×試驗力/壓痕表面積 ≈0.1891 F/d2 …………(3-1)
式中:HV ———— 維氏硬度符號;
F ―――― 試驗力,N;
d ———— 壓痕兩對角線d1、d2的算術(shù)平均值,mm
實用中是根據(jù)對角線長度d通過查表得到維氏硬度值。
國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定維氏硬度壓痕對角線長度范圍為0.020~1.400mm
3.2 維氏硬度的表示方法
維氏硬度表示為HV,維氏硬度符號HV前面的數(shù)值為硬度值,后面為試驗力值。標(biāo)準(zhǔn)的試驗保持時間為10~15S。如果選用的時間超出這一范圍,在力值后面還要注上保持時間。例如:
600HV30—表示采用294.2N(30kg)的試驗力,保持時間10~15S時得到的硬度值為600。
600HV30/20—表示采用294.2N(30kg)的試驗力,保持時間20S時得到的硬度值為600。
3.3 維氏硬度試驗的分類和試驗力選擇
維氏硬度試驗按試驗力大小的不同,細分為三種試驗,即:維氏硬度試驗、小負荷維氏硬度試驗和顯微維氏硬度試驗。見表3-1
表3-1維氏硬度試驗的三種方法
試驗力范圍/N | 硬度符號 | 試驗名稱 |
F≥49.03 | ≥HV5 | 維氏硬度試驗 |
1.961≤F<49.03 | HV0.2~<HV5 | 小負荷維氏硬度試驗 |
0.09807≤F<1.961 | HV0.01~<HV0.2 | 顯微維氏硬度試驗 |
維氏硬度試驗可選用的試驗力值很多,見表3-2。
表3-2推薦的維氏硬度試驗力
維氏硬度試驗 | 小負荷維氏試驗試驗 | 顯微維氏硬度試驗 | |||
硬度符號 | 試驗力/N | 硬度符號 | 試驗力/N | 硬度符號 | 試驗力/N |
HV5 | 49.03 | HV0.2 | 1.961 | HV0.01 | 0.09807 |
HV10 | 98.07 | HV0.3 | 2.942 | HV0.015 | 0.1471 |
HV20 | 196.1 | HV0.5 | 4.903 | HV0.02 | 0.1961 |
HV30 | 294.2 | HV1 | 9.807 | HV0.025 | 0.2452 |
HV50 | 490.3 | HV2 | 19.61 | HV0.05 | 0.4903 |
HV100 | 980.7 | HV3 | 29.42 | HV0.1 | 0.9807 |
注:1.維氏硬度試驗可使用大于980.7N的試驗力; |
試驗力的選擇要根據(jù)試樣種類、試樣厚度和預(yù)期的硬度范圍而定。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,試樣或試驗層的厚度至少為壓痕對角線長度的1.5倍。試驗后試樣背面不應(yīng)出現(xiàn)可見的變形痕跡。
3.4 維氏硬度試驗的優(yōu)點
維氏硬度試驗的壓痕是正方形,輕廓清晰,對角線測量準(zhǔn)確,因此,維氏硬度試驗是常用硬度試驗方法中精度zui高的,同時它的重復(fù)性也很好,這一點比布氏硬度計*。
維氏硬度試驗測量范圍寬廣,可以測量目前工業(yè)上所用到的幾乎全部金屬材料,從很軟的材料(幾個維氏硬度單位)到很硬的材料(3000個維氏硬度單位)都可測量。
維氏硬度試驗zui大的優(yōu)點在于其硬度值與試驗力的大小無關(guān),只要是硬度均勻的材料,可以任意選擇試驗力,其硬度值不變。這就相當(dāng)于在一個很寬廣的硬度范圍內(nèi)具有一個統(tǒng)一的標(biāo)尺。這一點又比洛氏硬度試驗來得*。
在中、低硬度值范圍內(nèi),在同一均勻材料上,維氏硬度試驗和布氏硬度試驗結(jié)果會得到近似的硬度值。例如,當(dāng)硬度值為400以下時,HV≈HB,如圖3-2所示。
維氏硬度試驗的試驗力可以小到10gF,壓痕非常小,特別適合測試薄小材料。
圖3-2,HV與HB硬度值的吻合圖
3.5 維氏硬度試驗的缺點
維氏硬度試驗效率低,要求較高的試驗技術(shù),對于試樣表面的光潔度要求較高,通常需要制作專門的試樣,操作麻煩費時,通常只在實驗室中使用。
3.6 維氏硬度計的應(yīng)用
維氏硬度試驗主要用于材料研究和科學(xué)試驗方面小負荷維氏硬度試驗主要用于測試小型精密零件的硬度,表面硬化層硬度和有效硬化層深度,鍍層的表面硬度,薄片材料和細線材的硬度,刀刃附近的硬度,牙科材料的硬度等,由于試驗力很小,壓痕也很小,試樣外觀和使用性能都可以不受影響。顯微維氏硬氏試驗主要用于金屬學(xué)和金相學(xué)研究。用于測定金屬組織中各組成相的硬度,用于研究難熔化合物脆性等。顯微維氏硬度試驗還用于極小或極薄零件的測試,零件厚度可薄至3μm。
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